CN113067600A - 一种伪随机相位序列的生成方法及其通信方法 - Google Patents

一种伪随机相位序列的生成方法及其通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及扩频通信领域，尤其涉及伪随机相位序列的生成方法及其通信方法。生成方法包括：根据初始值生成一M比特位宽的伪随机数序列；进行相位映射；根据对应的相位值，得到对应的伪随机相位序列。基于伪随机相位序列的通信方法，包括：生成一第一N比特线性调频信号；获取长度为N×M的伪随机相位序列；对第一N比特线性调频信号与伪随机相位序列进行采样，将采样点对应相乘以生成相乘序列并进行低通滤波，以获取调制信号。上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供一种伪随机相位序列的生成方法及通信方法，不仅能够产生伪随机相位序列，还能应用于扩频通信，以更灵活更便捷地实现收发端的保密通信和多址接入通信。

Description

一种伪随机相位序列的生成方法及其通信方法
技术领域
本发明涉及扩频通信领域，尤其涉及伪随机相位序列的生成方法 及其通信方法。
背景技术
现有的扩频通信技术主要分为：直接序列扩频、跳频和CSS扩 频(Chirp SpreadSpectrum，线性调频扩频)技术。在CSS调制技术 中，可以控制发射的射频脉冲信号在一个周期内，使其载频的频率作 线性变化。通过CSS扩频技术可以极大提高接收器解调的载噪比门 限，且通过信道纠错编码技术(比如汉明码)等可以再次提高接收器 解调的灵敏度。
然而，现有的CSS扩频技术的一种方式，可以基于IEEE802.15.4 协议标准，采用四段频率线性递增的up-Chirp信号以及频率线性递减 的down-Chirp信号的排列组合，相应的，只具有“00”、“01”、 “10”以及“11”四种波形，在传输过程中只能传输四种两比特的信息，这限制了CSS扩频技术的应用灵活性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种伪随机相位序列的 生成方法及其通信方法。
其中，一种伪随机相位序列的生成方法，包括：
步骤S1，根据一预置的初始值，生成一M比特位宽的伪随机数序 列；
步骤S2，对所述伪随机数序列进行相位映射，以生成对应的随 机相位序列；
步骤S3，根据所述随机相位序列得到对应的相位值，以得到对 应的伪随机相位序列。
优选的，所述随机相位序列的取值范围为[0，2π)。
优选的，所述伪随机数序列表示为：
X10+X3+1
其中，
X用于表示用于生成所述伪随机数序列的循环移位寄存器对应的 具体数值。
优选的，所述步骤S1包括：
对所述伪随机数序列进行抽头处理，得到用于组成序列当前采样 点的相位值phase[M-1:0]；
所述步骤S2包括：
对所述相位值phase[M-1:0]进行相位映射处理，以生成对应的 所述随机相位序列。
优选的，采用下述公式进行所述相位映射处理：
Figure BDA0002979266000000031
其中，
M用于表示所述伪随机数序列的位宽；
phase[M-1:0]用于表示序列当前采样点的相位值。
优选的，步骤S3，根据正余弦查找表对所述随机相位序列进行 查找，得到对应的正交值。
优选的，步骤S3，采用下述公式对所述随机相位序列进行查找 运算：
Figure BDA0002979266000000032
其中，
I用于表示所述相位值中的余弦值；
round()用于表示取整运算；
M用于表示所述伪随机数序列的位宽；
cos()用于表示余弦运算；
romaddr[M-1:0]用于表示用于进行正余弦查找处理的正余弦查找 表的存储器的地址，所述romaddr[M-1:0]与所述phase[M-1:0]一一对 应；
R用于表示所述存储器的存储的数据的位宽；
Q用于表示所述相位值中的正弦值；
sin()用于表示正弦运算。
一种基于伪随机相位序列的通信方法，应用于如上述中任意一项 形成的所述伪随机相位序列，所述调制方法包括：
步骤A1，根据所述比特数N划分每个所述符号占用的原始带宽 以及所述符号对应的原始时间长度，根据划分后的时间长度以及对应 的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上生成一承载对应比特信息的 线性调频信号，以生成一第一N比特线性调频信号；
步骤A2，获取长度为N×M的所述伪随机相位序列；
步骤A3，对所述第一N比特线性调频信号与所述伪随机相位序 列进行采样，并将得到的采样点对应相乘以生成相乘序列，并对所述 相乘序列进行低通滤波，以获取调制信号。
优选的，所述伪随机相位序列通过下述方式进行采样：
每产生一所述随机相位序列的采样点时，进行加1计数，直至计 数值为N时，用于生成所述伪随机数序列的发生器进行复位处理。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供一种伪随机 相位序列的生成方法及通信方法，不仅能够产生伪随机相位序列，还 能应用于扩频通信，以更灵活更便捷地实现收发端的保密通信和多址 接入通信。
附图说明
图1为本发明的优选实施方式中，一种伪随机相位序列的生成方 法的流程示意图；
图2为本发明的优选实施方式中，一种伪随机相位序列产生器的 结构示意图；
图3为本发明的优选实施方式中，一种基于伪随机相位序列的通 信方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技 术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发 明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方 式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所 有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施 方式中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但不作为 本发明的限定。
本发明提供伪随机相位序列的生成方法及其通信方法。
其中，一种伪随机相位序列的生成方法，如图1所示，包括：
步骤S1，根据一预置的初始值，生成一M比特位宽的伪随机数序 列；
步骤S2，对伪随机数序列进行相位映射，以生成对应的随机相 位序列；
步骤S3，根据随机相位序列得到对应的相位值，以得到对应的 伪随机相位序列。
具体地，本发明提供一种伪随机相位序列的生成方法，首先可以 预置初始值，根据预置的不同的初始值，生成对应的M比特位宽的伪 随机数序列，再对伪随机数序列进行相位映射，可以生成对应的随机 相位序列，最后可以根据随机相位序列，得到对应的相位值，以得到 对应的伪随机相位序列。其中，初始值可以是加密密钥，也可以是接 入码，将不同的接入码分配至不同的设备就可以实现不同设备之间的 多址隔离。
本发明优选的实施方式中，随机相位序列的取值范围为 [0，2π)。
本发明的优选实施方式中，伪随机数序列表示为：
X10+X3+1
其中，
X用于表示用于生成伪随机数序列的循环移位寄存器对应的具体 数值。
本发明优选的实施方式中，步骤S1包括：
对伪随机数序列进行抽头处理，得到用于组成序列当前采样点的 相位值phase[M-1:0]；
步骤S2包括：
对相位值phase[M-1:0]进行相位映射处理，以生成对应的随机 相位序列。
本发明的优选实施方式中，采用下述公式进行相位映射处理：
Figure BDA0002979266000000071
其中，
M用于表示伪随机数序列的位宽；
phase[M-1:0]用于表示序列当前采样点的相位值。
具体地，在一实施例中，如图2所示，当M＝8时，于伪随机序 列的生成过程中，产生的多项式为X10+X3+1，由X1，X2，X3，……X10这10个循环移位寄存器产生。并且，循环移位寄存器X1，X2，X3，……X8的抽头组成一个8比特的整数：phase[7:0]。phase[7:0]可以代表序列当前采样的相位值，具体地映射关系可为：
Figure BDA0002979266000000072
Figure BDA0002979266000000073
本发明优选的实施方式中，伪随机相位序列通过下述方式进行采 样：
每产生一随机相位序列的采样点时，进行加1计数，直至计数值 为N时，用于生成伪随机数序列的发生器进行复位处理。
进一步地，如图2示，伪随机序列有一个复位控制信号，每次复 位有效后，就会被初始化，同时配置一个序列长度计数器，每次在复 位后，该计数器清零，每产生一个伪随机相位序列采样，该计数器就 会加1，直到计数器达到N后，表示当前已经产生了N个连续的伪随 机相位序列采样，然后序列长度计数器就会触发一个复位信号，该复 位信号将生成伪随机序列的PN序列产生器复位，依次循环。
本发明优选的实施方式中，步骤S3，根据正余弦查找表对随机 相位序列进行查找，得到对应的正交值。
本发明优选的实施方式中，步骤S3，还可采用下述公式对随机 相位序列进行查找运算：
Figure BDA0002979266000000081
其中，
I用于表示相位值中的余弦值；
round()用于表示取整运算；
M用于表示伪随机数序列的位宽；
cos()用于表示余弦运算；
romaddr[M-10]用于表示用于进行正余弦查找处理的正余弦查找 表的存储器的地址，romaddr[M-10]与phase[M-1：0]一一对应；
R用于表示存储器的存储的数据的位宽；
Q用于表示相位值中的正弦值；
sin()用于表示正弦运算。
具体地，如图2所示，正余弦查找表可通过rom，ram或寄存器 等器件实现，当通过rom实现时，该rom的地址的位宽为8比特，rom 的地址可以用rom addr表示，数据的位宽为24比特，数据可以用 rom data来表示。
并且，rom_addr[7：0]与phase[7：0]一一对应，每个地址存储的高 12位为对应相位值的余弦值，也可以表示为I值，具体的计算方法可 以为：
Figure BDA0002979266000000082
每个地址存储的低12位为对应相位值的正弦值，也可以表示为Q值，具体的计算方法 为：
Figure BDA0002979266000000091
此处的round()函数用 于表示取整函数，cos()函数用于表示余弦运算，sin()函数用于表示正 弦运算。
还提供一种基于伪随机相位序列的通信方法，应用于上述伪随机 相位序列，如图3所示，调制方法包括：
步骤A1，根据比特数N划分每个符号占用的原始带宽以及符号 对应的原始时间长度，根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序， 依次在划分后的每段带宽上生成一承载对应比特信息的线性调频信 号，以生成一第一N比特线性调频信号；
步骤A2，获取长度为N×M的伪随机相位序列；
步骤A3，对第一N比特线性调频信号与伪随机相位序列进行采 样，并将得到的采样点对应相乘以生成相乘序列，并对相乘序列进行 低通滤波，以获取调制信号。
本发明提供一种伪随机相位序列的生成方法及通信方法，不仅能 够产生伪随机相位序列，还能应用于扩频通信，以更灵活更便捷地实 现收发端的保密通信和多址接入通信。
以上仅为本发明较佳的实施方式，并非因此限制本发明的实施方 式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本 发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到 的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，包括：
步骤S1，根据一预置的初始值，生成一M比特位宽的伪随机数序列；
步骤S2，对所述伪随机数序列进行相位映射，以生成对应的随机相位序列；
步骤S3，根据所述随机相位序列得到对应的相位值，以得到对应的伪随机相位序列。
2.根据权利要求1所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，所述随机相位序列的取值范围为[0，2π)。
3.根据权利要求1所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，所述伪随机数序列表示为：
X10+X3+1
其中，
X用于表示用于生成所述伪随机数序列的循环移位寄存器对应的具体数值。
4.根据权利要求3所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
对所述伪随机数序列进行抽头处理，得到用于组成序列当前采样点的相位值phase[M-1:0]；
所述步骤S2包括：
对所述相位值phase[M-1:0]进行相位映射处理，以生成对应的所述随机相位序列。
5.根据权利要求4所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，采用下述公式进行所述相位映射处理：
Figure FDA0002979265990000021
其中，
M用于表示所述伪随机数序列的位宽；
phase[M-1：0]用于表示序列当前采样点的相位值。
6.根据权利要求1所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，步骤S3，根据正余弦查找表对所述随机相位序列进行查找，得到对应的正交值。
7.根据权利要求1所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，步骤S3，采用下述公式对所述随机相位序列进行查找运算：
Figure FDA0002979265990000022
其中，
I用于表示所述相位值中的余弦值；
round()用于表示取整运算；
M用于表示所述伪随机数序列的位宽；
cos()用于表示余弦运算；
romaddr[M-1：0]用于表示用于进行正余弦查找处理的正余弦查找表的存储器的地址，所述romaddr[M-10]与所述phase[M-1：0]一一对应；
R用于表示所述存储器的存储的数据的位宽；
Q用于表示所述相位值中的正弦值；
sin()用于表示正弦运算。
8.一种基于伪随机相位序列的通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7中任意一项形成的所述伪随机相位序列，所述调制方法包括：
步骤A1，根据所述比特数N划分每个所述符号占用的原始带宽以及所述符号对应的原始时间长度，根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上生成一承载对应比特信息的线性调频信号，以生成一第一N比特线性调频信号；
步骤A2，获取长度为N×M的所述伪随机相位序列；
步骤A3，对所述第一N比特线性调频信号与所述伪随机相位序列进行采样，并将得到的采样点对应相乘以生成相乘序列，并对所述相乘序列进行低通滤波，以获取调制信号。
9.根据权利要求8所述的一种伪随机相位序列的生成方法，其特征在于，所述伪随机相位序列通过下述方式进行采样：
每产生一所述随机相位序列采样时，进行加1计数，直至计数值为N时，用于生成所述伪随机数序列的发生器进行复位处理。
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